بررسی عددی اثر میدان مغناطیسی بر جریان خون در یک رگ دارای گرفتگی با برهم‌کنش سیال- جامد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی

2 مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

3 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

بیماری­های قلبی- عروقی در دهه­های اخیر از علت­های اصلی مرگ و میر در دنیا می­باشند. یکی از متدوال­ترین بیماری­های قلبی، گرفتگی سرخرگ­های بدن می­باشد که معمولاً از میانسالی به بعد رخ می­دهد. این بیماری که آترواسکلروسیس نامیده می­شود موجب کاهش غیرطبیعی قطر داخلی رگ می­شود. در این پژوهش، اثر میدان مغناطیسی یکنواخت بر جریان خون و دیواره رگ مورد بررسی قرار گرفته است. هندسه مسأله به­صورت سه‌بعدی شبیه­سازی شده است. معادلات حاکم بر مسأله که شاملپیوستگی، ممنتوم، قانون اهم، تنش- کرنش ماده الاستیک خطی و برهم کنش سیال- جامد با ­روش شبکه متحرک است با یک کد المان محدود در نرم‌افزار کامسول تعریف، کوپل و حل شده­اند. نتایج نشان داد، میدان مغناطیسی بر رفتار جریان خون و دیواره رگ اثر قابل ملاحظه­ایدارد. به­طور مثال عدد هارتمنبا سرعت جریان خون رابطه عکسو با تنش برشی دیواره، تنش فون میزس و جابجایی دیواره رگ رابطه مستقیم دارد.همچنین مشاهده شد که روند تغییرات با مدل لزجت غیرنیوتنی بیشتر از لزجت نیوتنی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effect of Magnetic Field on Blood Flow in a Stenotic Artery with Fluid-Solid Interaction

نویسندگان [English]

  • mahdi keyhanpour 1
  • Fatemeh Sadat Mirabedini 2
  • majid ghasemi 3
1 Mechanical Engineering department, K. N. T. University
2 Mechanical engineering departent, K. N. T. University of technology
3 K. N. T. University of Technology
چکیده [English]

Cardiovascular diseases have been one of the main causes of death throughout the world in recent decades.One of the most common heart diseases is stenotic arteries, which usually appears with middle age. This disease, called atherosclerosis, causes an abnormal reduction in the inside diameter of blood vessels. In this study, the effect of a uniform magnetic field on blood flow and artery walls is investigated. The geometry of the problem is simulated in three dimensions. The governing equations, which include continuity, momentum, ohm’s law, stress-strain of linear elastic material, and fluid-solid interaction with moving mesh method, are defined, coupled, and solved with a finite element code in the Comsol software.The results indicate that the magnetic field has a significant effect on the behavior of blood flow and artery walls. For example, the Hartmann number is inversely related to the blood flow velocity and is directly related to the wall shear stress, the von Mises stress, and the artery wall displacement. It is also observed that the trend of changes with non-Newtonian viscosity model is greater than the Newtonian model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stenosis
  • Hartmann Number
  • Blood flow
  • Artery Wall
  • Fluid-Solid Interaction (FSI)
  • Stress

مراجع

  1. Yan, R.,Zarringhalam, D. M., Toghraie, L.,Foong, K. and Talebizadehsardari, P. “Numerical Investigation of Non-Newtonian Blood Flow within an Artery with Cone Shape of Stenosis in Various Stenosis Angles”,Comput. Meth. Prog. Bio., Vol. 192, no. 1,p. 105434 (1-7), 2020.##
  2. Elhanafy, A., Elsaid, A. and Guaily, A.“Numerical Investigation of Hematocrit Variation Effect on Blood Flow in an Arterial Segment with Variable Stenosis Degree”, J. Mol. Liq., Vol. 313, no. 1,p. 113550 (1-19), 2020.##
  3. Choudhari, P. andPanse, M.“Finite Element Modeling and Simulation of Arteries in the Human Arm to Study the Aortic Pulse Wave Propagation”, Procedia Computer Sci., Vol. 93, no. 1, pp. 721-727, 2016.##
  4. Bhatnagar, A., Shrivastav, R. and Singh, A. “A Numerical Analysis for the Effect of Slip Velocity and Stenosis Shapeon Non-Newtonian Flow of Blood”, I. J. E., 28, no. 3, pp. 440-446, 2015.##
  5. Khosravi, A., Salimi bani, M. and Bahreinizad, H.“Fluid-Structure Interaction Simulation of Aorta Artificial Vessel Made of Functionally Graded Material with Different Heterogeneous Indexes”, Journal of Mechanical Engineering, Vol. 48, no. 1, pp. 179-185, 2018. (In Persian)##
  6. Kafi, O., El Khatib, N., Tiago, J. and Sequeira, A. “Numerical Simulations of a 3D Fluid-Structure Interaction Model for Blood Flow in an Atherosclerotic Artery”,Math. Biosci. Eng., Vol. 14, no. 1, pp. 179-193, 2017.##
  7. Jain, M., Sharma, G. and Singh, R.“Mathematical Modelling of Blood Flow in a Stenosed Artery under MHD Effect through Porous Medium”, I. J. E., Vol. 23, no. 3, pp. 243-251, 2010.##
  8. Abdullah, I., Amin, N. and Hayat, T. “Magnetohydrodynamic Effects on Blood Flow through an Irregular Stenosis”,Int. J. Numer. Methods Fluids, Vol. 67, no. 11, pp. 1624-1636, 2011.##
  9. Keyhanpour, M. and Ghasemi, M.“Numerical Analysis of Heat and Mass Transfer of Magnetic Nanoparticles in a Non-Newtonian Blood Flow, under Influence of Magnetic Field”, Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal, Vol. 7, no. 2, pp. 19-31, 2019. (In Persian)##
  10. Shuib, A., Hoskins, P. and Easson, W.“Experimental Investigation of Particle Distribution in a Flow through a Stenosed Artery ”, J. Mech. Sci. Technol., Vol. 25, no. 2, pp. 357-364, 2011.##
  11. Paul, M. C. and Larman, A.“Investigation of Spiral Blood Flow in a Model of Arterial Stenosis”, J. Biomed. Eng., Vol. 31, no. 9, pp. 1195-1203, 2009.##
  12. Waite, L. and Fine, J.“Applied Biofluid Mechanics”, McGraw-Hill Education, New York City, United States, 2017.##
  13. Fox, R. W. and Mc Donald, A. T.“Introduction to Fluid Mechanics”, John Wiley and Sons Inc., New Jersey, United States 1985.##
  14. Saleem, N. and Munawar, S.“A Mathematical Analysis of MHD Blood Flow of Eyring–Powell Fluid through a Constricted Artery”,Int. J. Biomath., Vol. 9, no. 02, p. 1650027 (1-12), 2016.##
  15. Sankar, D. S., Lee, U. and Ismail, A. I. M. “Mathematical Analysis for MHD Flow of Blood in Constricted Arteries”,Int. J. Nonlinear Sci. Numer. Simul., Vol. 14, no. 3, pp. 195-204, 2013.##
  16. Guyton, A. C. and Hall, J. E.“Guyton and Hall Text Book of Medical Physiology e-Book”, Elsevier Health Sciences, Amesterdam, Netherlands, 2020.##
  17. Peery, J. S. and Carroll, D. E.“Multi-Material ALE Methods in Unstructured Grids”,Comput. Methods Appl. Mech. Eng., Vol. 187, no. 3, pp. 591-619, 2000.##
  18. Karami, F., Hossainpour, S. and Ghalichi, F. “Numerical Simulation of Low-Density Lipoprotein Mass Transport in Human Arterial Stenosis–Calculationof the Filtration Velocity”,Biomed. Mater. Eng., Vol. 29, no. 1, pp. 95-108, 2018.##
  19. Buriev, B., Kim, T. D. and Seo, T. W.“Fluid-Structure Interactions of Physiological Flow in Stenosed Artery”,Korea- Aust Rheol. J., Vol. 21,no. 1, pp. 39-46, 2009.##
  20. Nejad, A. A., Talebi, Z., Cheraghali, D., Shahbani-Zahiri, A. and Norouzi, M.“Pulsatile Flow of Non-Newtonian Blood Fluid Inside Stenosed Arteries: Investigating the Effects of Viscoelastic and Elastic Walls, Arteriosclerosis, and Polycythemia Diseases”,Comput.MethodsProgramsBiomed., Vol. 154, no.1,pp. 109-122, 2018.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 بهمن 1399
  • تاریخ بازنگری: 26 فروردین 1400
  • تاریخ پذیرش: 19 اردیبهشت 1400
  • تاریخ انتشار: 08 آذر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار